渤海湾海表温度的变化特征及变化趋势研究

1渤海湾海表温度的变化特征及变化趋势研究代长波(天津科技大学海洋科学与工程学院，天津300457)摘要:海水温度是度量海水热量的重要理化指标。表层水温的每日变化的最高值和最低值出现的时间与太阳的辐射强度有直接的关系。每天中午12点左右是每天太阳辐射最强的时候，海水的最高温度一般会在午后2点左右出现；每天夜间海水的温度都会降低，到凌晨4点海水的温度会下降到全天最低点。每年海洋表层水温总是受到太阳辐射、海流和盛行风变化的影响，有日、月，年、多年等周期性变化和不规则变化。海水温度常作为研究水团性质、鉴别洋流的基本指标。研究海水温度的时空分布及其变化规律，不仅是海洋地理学的重要内容，而且对渔业、航海、气象和水声等学科也有重要价值。关键词：海表温度；太阳辐射；海流；盛行风；中图分类号：P731.11文献标识码：AThechangeofthetemperaturerangeofbohaibaycharacteristicsandtrendofresearchDAIchangbo(tianjinscienceandtechnologyuniversityMarinescienceandengineeringcollege,tianjin300457)AbstractAbstract:TheSeawatertemperatureistheimportantmeasureheatwaterchemicalindex.Thesurfacetemperatureofthewaterofthedailychangeofthehighestandlowestoftimeandthesunappearstheradiationintensityaredirectlyrelated.Thedailynoontwelveo'clockeverydaythesunradiationisthestrongest.Thehighesttemperaturewillgenerallyabout2:00intheafternoonthere;Atnightthetemperatureofthewatereverydaywillbelower,at4amtowatertemperaturesfalltolowestpointallday.Seasurfacetemperatureofthewaterisalwaysheldeachyearthesunradiation,currentandtheinfluenceoftheprevailingwindschange,look,months,years,manyyearsandperiodicalchangeandirregularchange.SeawatertemperatureoftenasaresearchShuiTuanproperties,identificationofoceancurrentsbasicindicators.Studyofthetemporalandspatialdistributionofwatertemperatureandits2changerule,isnotonlytheimportantcontentofoceanography,butalsotothefishery,navigation,weatherandwater,andotherdisciplineshaveanimportantvalue.Keywords:surfacetemperature;Thesunradiation;Current;Inthewind;引言渤海湾（Bohaiwan）渤海西部的浅水海湾，京津的海上门户，华北海运枢纽。三面环陆，与河北、天津、山东的陆岸相邻，东以滦河口至黄河口的连线为界与渤海相通。面积1.59万平方公里，约占渤海1/5，为渤海三大海湾之一，平均水深12.5米。渤海湾有丰富的油气资源，生油凹陷面积大，第三系沉积厚，含油前景很大，为中国油气资源较丰富的海域之一。地下热水、晒盐产业、煤成气藏资源也丰富。另外，渤海湾，尤其在河口附近，浮游生物和底栖生物多，为鱼虾洄游、索饵、产卵的良好场所，出产多种鱼、虾、蟹、贝。所以研究渤海湾海表温度变化特征及趋势对于掌握渤海湾生态环境变化和综合利用海洋资源有着重要意义1影响海表温度的因素[1]1.1太阳辐射强度太阳辐射是太阳以电磁波的形式向太空辐射巨大的能量，也是地球最主要的能量源泉。射达海面的太阳辐射是太阳直达辐射和散射辐射两部分之和，与太阳高度有关。太阳辐射总量在一个月或一年中的分布变化，对整个世界大洋水温的分布与变化有极大的影响。以6月份代表北半球夏季，太阳高度随纬度的增加而变低，因此海洋所接受的太阳辐射能随纬度的增高而减少，但其日照时间却随纬度的增加而增加，两者对太阳辐射量的作用是相反的，因此总辐射量随纬度的分布差异不明显。12月份可以代表北半球的冬季，太阳高度随纬度的增高迅速变低，甚至在北极圈内出现24小时黑夜，从赤道到高纬度之间辐射量的梯度很大。辐射量的这种冬夏变化是导致北半球大洋水温南北方向的梯度冬季大于夏季的主要原因。31.2海洋内部热交换海洋内部的热交换分为在铅直方向上和水平方向上的热量输送。铅直方向主要通过湍流进行是通过海面上的风、浪和流等引起的涡动混合，把海面的热量向下输送。在水平方向上的热输送主要通过海流来完成，整个世界大洋的海面热平衡呈纬度向带状分布，从而水温分布亦相似。海洋正是由于具有这样的内部热交换系统使得其海水温度趋于稳定而不至于畸形分化。另外由于内部热交换，一天中的水温最高值出现的时间不是中午太阳高度最大的时刻，而是出现在午后1~3时左右，在一年中水温极大值同样不是出现在太阳高度最大的月份（北半球为6月），而是8月份左右，最低值则出现在1~2月份。研究海洋热平衡的重要意义在于使我们分析海洋水温的时空变化时，能把握主要矛盾。1.3海域地形分布及海流的影响[4]分析海域地处太平洋西部边缘，三面环陆，为典型的半封闭陆架浅海，其中渤海封闭性最大，海底地势自西北向东南倾斜。此水陆分布和底形特点，通过海路影响及动力效应，明显制约着表面海温的大面分布和变化。分析海域地处中纬度，气候季节分明.冬季盛行偏北风，冷空气频繁人侵，极有利于水温急剧降低(尤其是浅海区);夏季盛行偏南风，有利于表面海水增温.上述气候因素与水陆分布、底形等因素的综合效应造成了分析海域冬、夏表面水温分布和变化的特定型式.另外在分析海域，其东侧有北向流动的对马暖分支—黄海暖流及其延伸部分，在朝鲜半岛西岸外也有一支向南的沿岸流.分析海域上述环流形势，得出冬、夏季的变动不大。2渤海湾海表温度的季节性变化[6]根据中国近海温度分布的特点，可将渤海湾海域的温度特征归纳为冬季型(12月至翌年3月)、夏季型（6~8月）和过渡型（4~5月和9~11月）三种类型。如图1所示，春季（4月）水温逐渐升高，水温分布正向夏季型演变。表层水温分布形势为沿岸水温高（11～12℃左右），外海水温低（7～8℃左右）的格局。这是由于沿岸海水受陆地热辐射的影响，增温速度比外海快的缘故。高温区主要集中4在TJ09站和TJX-3站的附近海域，调查的最高水温为12.19℃,低温区出现在ZD-TJ088站的附近海域，调查的最低水温为7.41℃。表层海水温度是沿岸高、外海低的格局，但是在调查区域的南部，高温水区域表层相比覆盖面积较深层水温大。夏季（7月）是全年水温最高的季节，表层海水温度分布趋势基本是沿岸高、外海低，但分布较为均匀(25～28℃左右)，平均水温为26.7℃，普遍比春季升高16～17℃。高温区集中在TJ02站附近海域，调查的最高水温为28.23℃。秋季（10月）水温逐渐下降，水温分布正向冬季的特征转化。这是由于太阳辐射逐渐减弱，气温下降，海水向大气的回辐射加强，海水处于降温过程，近岸由于陆地降温迅速，海水向陆地的热量输送加强，使近岸海水降温较外海快。由于沿岸降温比海区中央要快，使表层水温又恢复到沿岸低、外海高的格局。平均水温为14.5℃,普遍比夏季降低12～14℃。在沿岸低温区中，调查的最低温度为11.11℃；外海的高温区中，调查的最高温度为17.46℃。冬季（12月）是全年太阳辐射最弱，水温最低的季节。表层水温分布是沿岸水温低，外海水温高，表层水温高于气温，等温线分布大体与岸线平行。平均水温为4.4℃，在沿岸低温区中，调查的最低温度为0.16℃。（1）春季（2）夏季5（3）秋季（4）冬季3渤海湾海表温度的年际变化特征3.1近年来渤海湾海表温度总体变化[5]利用线性回归方法对渤海湾1965--1997年实测海洋表层水温长期变化趋势作了分析,得出渤海在这32年期间海表温度年变率为0.015/a,由此推算得出32年升高0.48℃，这里我们选着1990~1999年的数据值进行研究分析渤海湾海表温度的变化特征及趋势。3.21990~1999年与1959~1982年间夏、冬季平均SST结构比较[2]对所得到的渤海SST的月平均资料进行10年平均,对比1959~1982年的23年平均资料(见渤黄东海图集)可知,两时间段夏季平均SST场结构基本类似,但海峡口邻近区域1990~1999年间的平均SST略高于1959~1982年间的平均SST,渤海湾1990~1999年间的平均SST略低于1959~1982年间的平均SST;而冬季差较大,全渤海1990~1999年间平均SST高出1959~1982年间平均SST约1℃以上,且1990~1999年间平均SST的分布显示黄海沿南侧影响渤海SST更甚。但总体来说,20世纪90年代的渤海湾平均SST结构和1959~1982年间平均SST结构没有根本性的变化。63.31990~1999年渤海湾SSTa的年际变化[2]为进一步了解渤海SST年际变化的时空特征,对1990~1999共10年月平均海温距平序列进行12个月的低通滤波(消除季节变化的影响),再对得到的年际分量进行经验正交函数(EOF)分解。78表1是前3个模态的特征值及其百分比，前3个模态累积方差贡献率达到97%,可以代表原始场的主要特征,是渤海SST距平场的3个基本形态。图2a是第一模态的时间变化曲线,解释了总方差的82.4%,是渤海SST距平场的主要形态。从第一模态的时间变化曲线看可知,在1990~1993年期间以1年变化周期为主,1994年后,变化周期明显加长。另外渤海SSTa第一模态的变化主要和气温变化相依。图2b是渤海SSTa第一模态的空间分布,第一模态量值在整个海区均为正值,说明整个海区的增温、降温趋势是同步的,即渤海海区SST的同时升温,或者同时降温,而不会出现大洋中互有正负的“跷跷板”式的振荡结构，渤海湾是其最小值之一。。渤海第一模态SST变化振幅最大区域对应渤海与黄海水交换强盛区,此对应性表明,在海峡附近海区SST的空间变化与气温变化的相依性可能不再起主导作用,起主导作用的因素可能应是北黄海SST的变化。图4为第二模态的时间和空间变化,解释了总方差的9.4%。其空间分布的经向分布特征明显,大致沿120°E,呈现东西反位相振荡的结构,渤海的3个海湾:渤海湾、莱州湾和辽东湾与渤海海峡SSTa的符号相反。第二模态随时间的变化在1990~1999年前后期也有不同的特征,前期SSTa以正异常为主,而在后期,则以负异常为主。即在上世纪90年代初,3个海湾有明显的升温趋势,而到了后期则是降温趋势。结论渤海湾海表温度由于其所处纬度、海域地形分布、盛行风以及海流的影响，呈现明显的季节性变化趋势。另外通过分析近年来渤海湾海表温度的年际变化可得出，在过去的几十年里平均SST有一定的升高,但其空间结构没有根本性变化。9参考文献[1]冯士筰，李凤岐，等.海洋科学导论[M].北京：高等教育出版社，1999[2]吴德星,李强,林霄沛,鲍献文.1990~1999渤海SSTa年际变化的特征[J].中国海洋大学学报,2005,35(2)[3]张松,于非,刁新源,郭景松.渤、黄、东海海表面温度年际变化特征分析[J].海洋科学